2 Entscheidungen zum Unterricht

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1 2 Entscheidungen zum Unterricht Hinweis:Die nachfolgend dargestellte Umsetzung der verbindlichen Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans findet auf zwei Ebenen statt. Das Übersichtsraster gibt den Lehrkräften einen raschen Überblick über die laut Fachkonferenz verbindlichen Unterrichtsvorhaben pro Schuljahr. In dem Raster sind außer dem Thema des jeweiligen Vorhabens das schwerpunktmäßig damit verknüpfte Inhaltsfeld bzw. die Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte des Vorhabens sowie Schwerpunktkompetenzen ausgewiesen. Die Konkretisierung von Unterrichtsvorhaben führt weitere Kompetenzerwartungen auf und verdeutlicht vorhabenbezogene Absprachen, z.b. zur Festlegung auf einen Aufgabentyp bei der Lernerfolgsüberprüfung durch eine Klausur. 2.1 Unterrichtsvorhaben Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bei den Lernenden auszubilden und zu entwickeln. Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisierungsebene. Im Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie Kompetenzen an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompetenzerwartungen erst auf der Ebene konkretisierter Unterrichtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Spielraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.b. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans nur ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeit verplant. (Als 75 % wurden für die Einführungsphase 90 Unterrichtsstunden, für den Grundkurs in der Q1 ebenfalls 90 und in der Q2 60 Stunden und für den Leistungskurs in der Q1 150 und für Q2 90 Unterrichtsstunden zugrunde gelegt.) Während der Fachkonferenzbeschluss zum Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausweisung konkretisierter Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.2) empfehlenden Charakter. Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogischen Freiheit der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle Kompetenzen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

2 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente K 2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 38 Std. à 45 min Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung der Ozeane Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 min Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Methoden der Kalkentfernung im Haushalt Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E5 Auswertung K1 Dokumentation

3 Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: (Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen Stoffkreislauf in der Natur Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 min Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 min Summe Einführungsphase: 86 Stunden

4 Konkretisierung der Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft, Basiskonzept Donator Akzeptor Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden (UF2). die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen (UF3). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: kriteriengeleitet beobachten und erfassen und gewonnene Ergebnisse frei von eigenen Deutungen beschreiben (E2). unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4). Kompetenzbereich Kommunikation: in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungsbezogene Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten (K 2). chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen (K3). Kompetenzbereich Bewertung: bei Bewertungen in naturwissenschaftlich-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien angeben und begründet gewichten (B1). für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen kriteriengeleitet Argumente abwägen und einen begründeten Standpunkt beziehen (B2). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 38 Std. à 45 Minuten 4

5 Thema/Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: 38 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Basiskonzept Donator-Akzeptor Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Die Schülerinnen und Schüler... Alkohol im menschlichen Körper integrierte WH Alkoholische Gärung biologische Wirkungen des Alkohols zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags und ihrer Anwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2) dokumentieren Experimente in Quarks & Co. Alkohole S.-Experiment: Tollens- Reaktion Strukturbestimmung über IR- und Massenspektrometrie 5

6 Ethanal als Zwischenprodukt der Oxidation Nachweis der Alkanale funktionelle Gruppe, homologe Reihe und Nomenklatur von Aldehyden Einführung der Oxidationszahlen angemessener Fachsprache (K1) benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3) ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3) Aufbau und Funktion eines Massenspektrometers Aufbau und Funktion eines Infrarotspektrometers Redoxreaktion als Elektronenübertragung integrierte WH Redoxreaktionen Aufstellen der Redoxgleichung unter Verwendung der Oxidationszahlen Ordnung schaffen: Einteilung organischer Verbindungen in Stoffklassen Löslichkeit funktionelle Gruppe intermolekulare Wechselwirkungen: van-der- Waals-Ww. und Wasserstoffbrücken homologe Reihe und nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle (E6) benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3) ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3) S.-Experiment: Löslichkeit von Alkoholen und Alkanen in verschiedenen Lösungsmitteln Gruppenarbeit: Darstellung von isomeren Alkanen mit Molekülbaukästen 6

7 physikalische Eigenschaften Nomenklatur nach IUPAC Formelschreibweise: Verhältnis-, Summen-, Strukturformel Verwendung ausgewählter Alkohole erklären an Verbindungen aus den Stoffklassen der Alkane und Alkene das C- C-Verknüpfungsprinzip (UF2) beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie, Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane (UF1, UF3) erläutern ausgewählte Eigenschaften organischer Verbindungen mit Wechselwirkung zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, van-der-waals- Kräfte) (UF1, UF3) beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3) wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessen Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3) Wenn Wein umkippt Oxidation von Ethanol zu Ethansäure Aufstellen der Redoxgleichung unter Verwendung der Oxidationszahlen integrierte WH Struktur- Eigenschafts-Beziehun- erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2) beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor- Prinzips (E2, E6) erläutern ausgewählte Eigenschaften organischer Verbindungen mit Präsentation/Untersuchung von zwei Flaschen Wein, eine davon ist seit 2 Wochen geöffnet. S.-Experiment: ph-wert- Bestimmung, Geruch, Farbe von Wein und umgekipptem Wein Strukturbestimmung 7

8 gen: Abhängigkeit der Siedetemperatur von zwischenmolekularen Wechselwirkungen Wechselwirkungen zwischen Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, van-der-waals- Kräfte) (UF1, UF3) über Spektroskopie Aldehyde, Ketone und Carbonsäuren Oxidationsprodukte der Alkohole Oxidation von Propanol Unterscheidung primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole durch ihre Oxidierbarkeit Gerüst- und Positionsisomerie am Beispiel der Propanole Molekülmodelle homologe Reihe der Alkanale, Alkanone und Carbonsäuren Nomenklatur der Stoffklassen und funktionellen Gruppen Eigenschaften und Verwendungen integrierte WH Säuren und Laugen nach dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (K1) erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2) beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie, Positionsisomerie) am Beispiel der Alkohole) (UF1, UF3) beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3) wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessen Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3) S.-Experiment: Oxidation von Propanol mit Kupferoxid Oxidationsfähigkeit von primären, sekundären und tertiären Alkoholen, z.b. mit KMnO 4 Gruppenarbeit: Darstellung von isomeren Alkoholen mit Molekülbaukästen 8

9 Arrhenius Ein Aroma unter der Lupe künstliche Aromastoffe Aufbau und Funktion eines Gaschromatographen Identifikation von Aromastoffen durch Auswertung von Gaschromatogrammen Vor- und Nachteile künstlicher Aromastoffe Synthese von Aromastoffen Estersynthese Vergleich der Löslichkeiten der Edukte und Produkte Veresterung als unvoll- erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung eines Stoffes (E5) nutzen angeleitet und selbständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2) analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der Werbung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachverhalt und korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4) zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (am Beispiel der Aromastoffe) und deren Verwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2) ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1) führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften Vergleich natürliches Vanillearoma/künstlicher Aromastoff Vanillin S.-Experiment: Synthese von Essigsäureethylester oder Fruchtestern 9

10 ständige Reaktion organischer Verbindungen) (E2, E4) chemisches Gleichgewicht Beeinflussung von Gleichgewichtsreaktionen Stoßtheorie (Modellvorstellung der chemischen Reaktion) stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3) erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1) erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung) und Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) (UF3) interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Konzentration, Temperatur) (E5) beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6) beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1) erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie für Gase) (E6) 10

11 Eigenschaften, Strukturen und Verwendungen organischer Stoffe recherchieren angeleitet und unter vorgegebener Fragestellung die Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3) beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester (UF2) Bei der Ausarbeitung soll die Vielfalt der Verwendungsmöglichkeiten von organischen Stoffen unter Bezugnahme auf deren funktionelle Gruppen und Stoffeigenschaften dargestellt werden. Mögliche Themen: Ester als Lösungsmittel für Klebstoffe und Lacke Aromastoffe (Aldehyde und Alkohole) und Riechvorgang Carbonsäuren als Konservierungsstoffe (Antioxidantien) Weinaromen Abhängigkeit von Rebsorte und Anbaugebiet Hinweise: 11

12 Unterrichtsvorhaben II Thema/Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: bestehendes Wissen aufgrund neuer chemischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren (UF4). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: Modelle begründet auswählen und zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage chemischer Vorgänge verwenden, auch in einfacher formalisierter oder mathematischer Form (E6). an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit naturwissenschaftlicher Regeln, Gesetze und Theorien beschreiben (E7). Kompetenzbereich Kommunikation: chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen (K3). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten 12

13 Thema/Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: 8 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Die Schülerinnen und Schüler... Kohlenstoff ein Element mit vielen Gesichtern Modifikation Elektronenpaarbindung Strukturformeln nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6). stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3). 1. Test zur Selbsteinschätzung Atombau, Bindungslehre, Kohlenstoffatom, Periodensystem 2. Gruppenarbeit Graphit, Diamant und Fullerene Dient zur Angleichung der Kenntnisse zur Bindungslehre, ggf. muss Zusatzmaterial zur Verfügung gestellt werden. Beim Graphit und beim Fulleren werden die Grenzen der einfachen Bindungsmodelle deutlich. (Achtung: ohne Hybridisierung) erläutern Grenzen der ihnen bekannten Bindungsmodelle (E7). beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen 13

14 Nanomaterialien Nanotechnologie Neue Materialien Anwendungen Risiken diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u.a. Fullerene) (UF4). recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3). stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3). bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4). 1. Recherche zu neuen Materialien aus Kohlenstoff und Problemen der Nanotechnologie (z.b. Kohlenstoff- Nanotubes in Verbundmaterialien zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit in Kunststoffen) Aufbau Herstellung Verwendung Risiken Besonderheiten 2. Präsentation (Poster, Museumsgang) Die Präsentation ist nicht auf Materialien aus Kohlenstoff beschränkt. Unter vorgegebenen Rechercheaufträgen können die Schülerinnen und Schüler selbstständig Fragestellungen entwickeln. (Niveaudifferenzierung, individuelle Förderung) Die Schülerinnen und Schüler erstellen Lernplakate in Gruppen, beim Museumsgang hält jeder / jede einen Kurzvortrag. Diagnose von Schülerkonzepten: Selbstevaluationsbogen zur Bindungslehre Leistungsbewertung: Präsentation zu Nanomaterialien in Gruppen Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Eine Gruppenarbeit zu Diamant, Graphit und Fullerene findet man auf den Internetseiten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich: Zum Thema Nanotechnologie sind zahlreiche Materialien und Informationen veröffentlicht worden, z.b.: FCI, Informationsserie Wunderwelt der Nanomaterialien (inkl. DVD und Experimente) 14

15 Klaus Müllen, Graphen aus dem Chemielabor, in: Spektrum der Wissenschaft 8/12 Sebastian Witte, Die magische Substanz, GEO kompakt Nr

16 Unterrichtsvorhaben III Thema/Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung der Ozeane Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: in vorgegebenen Situationen chemische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu Fragestellungen angeben (E1). unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4). Kompetenzbereich Kommunikation: chemische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren (K4). Kompetenzbereich Bewertung: in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit chemischen Fragestellungen darstellen sowie mögliche Konfliktlösungen aufzeigen (B3). Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen (B4). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: (Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen Stoffkreislauf in der Natur Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten 16

17 Thema/Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung für die Ozeane Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf in der Natur Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: 22 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Die Schülerinnen und Schüler... Kohlenstoffdioxid Eigenschaften Treibhauseffekt Anthropogene Emissionen Reaktionsgleichungen Umgang mit Größengleichungen unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1). Kartenabfrage Begriffe zum Thema Kohlenstoffdioxid Information Eigenschaften / Treibhauseffekt, z.b. Zeitungsartikel Berechnungen zur Bildung von CO 2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane) Aufstellen von Reaktionsgleichungen Implizite Wiederholung: Stoffmenge n, Masse m und molare Masse M 17

18 Berechnung des gebildeten CO 2 s Vergleich mit rechtlichen Vorgaben weltweite CO 2 -Emissionen Löslichkeit von CO 2 in Wasser qualitativ Bildung einer sauren Lösung quantitativ Unvollständigkeit der Reaktion Umkehrbarkeit führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1). nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2). Information Aufnahme von CO 2 u.a. durch die Ozeane Schülerexperiment: Löslichkeit von CO 2 in Wasser (qualitativ) Aufstellen von Reaktionsgleichungen Lehrervortrag: Löslichkeit von CO 2 (quantitativ): Löslichkeit von CO 2 in g/l Berechnung der zu erwartenden Oxoniumionen-Konzentration Nutzung einer Tabelle zum erwarteten ph-wert Vergleich mit dem tatsächlichen ph-wert Ergebnis: Unvollständigkeit der ablaufenden Reaktion Lehrer-Experiment: Löslichkeit von CO 2 bei Zugabe Wiederholung der Stoffmengenkonzentration c Vorgabe einer Tabelle zum Zusammenhang von ph-wert und Oxoniumionenkonzentration 18

19 Chemisches Gleichgewicht Definition Beschreibung auf Teilchenebene Modellvorstellungen erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1). beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6). von Salzsäure bzw. Natronlauge Ergebnis: Umkehrbarkeit / Reversibilität der Reaktion Lehrervortrag: Chemisches Gleichgewicht als allgemeines Prinzip vieler chemischer Reaktionen, Definition Arbeitsblatt: Umkehrbare Reaktionen auf Teilchenebene ggf. Simulation Modellexperiment: z.b. Apfelkrieg, Stechheber-Versuch, Kugelspiel Vergleichende Betrachtung: Chemisches Gleichgewicht auf der Teilchenebene, im Modell und in der Realität Ozean und Gleichgewichte Aufnahme CO 2 Einfluss der Bedingungen der Ozeane auf die Löslichkeit von CO 2 formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) (E3). erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage Wiederholung: CO 2 - Aufnahme in den Meeren Schülerexperimente: Einfluss von Druck und Temperatur auf die Löslichkeit von CO 2 Hier Prinzip von Le Chatelier und MWG Mögliche Ergänzungen (auch zur individuellen Förderung): 19

20 Prinzip von Le Chatelier Kreisläufe durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (UF3). formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1). veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf grafisch oder durch Symbole (K3). ggf. Einfluss des Salzgehalts auf die Löslichkeit Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten (Verallgemeinerung) Puzzlemethode: Einfluss von Druck, Temperatur und Konzentration auf Gleichgewichte, Vorhersagen Erarbeitung: Wo verbleibt das CO 2 im Ozean? Partnerarbeit: Physikalische/Biologische Kohlenstoffpumpe Tropfsteinhöhlen Kalkkreislauf Korallen Arbeitsblatt: Graphische Darstellung des marinen Kohlenstoffdioxid-Kreislaufs Trainingsaufgabe: Das Eisen- Thiocyanat-Gleichgewicht (mit S-Experiment) Klimawandel Informationen in den Medien Möglichkeiten zur Lösung des CO 2 -Problems recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4). beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7). beschreiben und bewerten die Recherche aktuelle Entwicklungen Versauerung der Meere Einfluss auf den Golfstrom/Nordatlantikstrom Podiumsdiskussion 20

21 gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3). zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des Kohlenstoffdioxidausstoßes und der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4). Prognosen Vorschläge zu Reduzierung von Emissionen Verwendung von CO 2 Zusammenfassung: z.b. Film Treibhaus Erde aus der Reihe Total Phänomenal des SWR Weitere Recherchen Diagnose von Schülerkonzepten: Lerndiagnose: Stoffmenge und Molare Masse Leistungsbewertung: Klausur, Schriftliche Übung zum Puzzle Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Ausführliche Hintergrundinformationen und experimentelle Vorschläge zur Aufnahme von CO 2 in den Ozeanen findet man z.b. unter: ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/systemerde/09_begleittext_ol.pdf Die Max-Planck-Gesellschaft stellt in einigen Heften aktuelle Forschung zum Thema Kohlenstoffdioxid und Klima vor: Informationen zum Film Treibhaus Erde : 21

22 Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Methoden der Kalkentfernung im Haushalt Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht, Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu übergeordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstellen (UF1). die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen (UF3). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben (E3). Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, da- raus qualitative und quantitative Zusammenhänge ab- leiten und diese in Form einfacher funktionaler Beziehungen beschreiben (E5). Kompetenzbereich Kommunikation: Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge (K1). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten 22

23 Kontext: Methoden der Kalkentfernung im Haushalt Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Gleichgewichtsreaktionen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E5 Auswertung K1 Dokumentation Basiskonzepte: Zeitbedarf: 18 Std. a 45 Minuten Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Energie Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Kalkentfernung Reaktion von Kalk mit Säuren Beobachtungen eines Reaktionsverlaufs Reaktionsgeschwindigkeit berechnen planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren die Ergebnisse (E2, E4). stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit tabellarisch und graphisch dar (K1). erläutern den Ablauf einer chemischen Brainstorming: Kalkentfernung im Haushalt Schülerversuch: Entfernung von Kalk mit Säuren Ideen zur Untersuchung des zeitlichen Verlaufs Schülerexperiment: Planung, Durchführung und Auswertung eines entsprechenden Versuchs (z.b. Auffangen Anbindung an CO 2 -Kreislauf: Sedimentation Wiederholung Stoffmenge S. berechnen die 23

24 Reaktion unter dem Aspekt der Geschwindigkeit und definieren die Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotienten c/t (UF1). des Gases) (Haus)aufgabe: Ermittlung von Reaktionsgeschwindigkeiten an einem Beispiel Reaktionsgeschwindigkeiten für verschiedene Zeitintervalle im Verlauf der Reaktion Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit Einflussmöglichkeiten Parameter (Konzentration, Temperatur, Zerteilungsgrad) Kollisionshypothese Geschwindigkeitsgesetz für bimolekulare Reaktion RGT-Regel formulieren Hypothesen zum Einfluss verschiedener Faktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit und entwickeln Versuche zu deren Überprüfung (E3). interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Oberfläche, Konzentration, Temperatur) (E5). erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie nur für Gase) (E6). beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1). Geht das auch schneller? Arbeitsteilige Schülerexperimente: Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration, des Zerteilungsgrades und der Temperatur Lerntempoduett: Stoßtheorie, Deutung der Einflussmöglichkeiten Erarbeitung: Einfaches Geschwindigkeitsgesetz, Vorhersagen Diskussion: RGT-Regel, Ungenauigkeit der Vorhersagen ggf. Simulation Einfluss der Temperatur Ergänzung Kollisionshypothese Aktivierungsenergie Katalyse interpretieren ein einfaches Energie- Reaktionsweg-Diagramm (E5, K3). beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe Wiederholung: Energie bei chemischen Reaktionen Unterrichtsgespräch: Einführung der Aktivierungsenergie Film: Wilhelm Ostwald und die Katalyse (Meilensteine der 24

25 vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3). Schülerexperiment: Katalysatoren, z.b. bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid Naturwissenschaft und Technik) Chemisches Gleichgewicht quantitativ Wiederholung Gleichgewicht Hin- und Rückreaktion Massenwirkungsgesetz Beispielreaktionen formulieren für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3). interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4). dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) ( K1). beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1). Arbeitsblatt: Von der Reaktionsgeschwindigkeit zum chemischen Gleichgewicht Lehrervortrag: Einführung des Massenwirkungsgesetzes Übungsaufgaben Diagnose von Schülerkonzepten: Protokolle, Auswertung Trainingsaufgabe Leistungsbewertung: Klausur, Schriftliche Übung, mündliche Beiträge, Versuchsprotokolle 25